全书课件：μCOS-Ⅱ标准教程 杨宗德

1、第一章C/OS-II与嵌入式实时操作系统 实时操作系统概述实时操作系统概述 C/OS-II内核源代码文档结构内核源代码文档结构 C/OS-II基本概念基本概念 2021-10-122嵌入式软件系统基本模型 硬件层板级支持包（BSP）实时操作系统内核系统（RTOS）应用程序层（Application）FS文件系统图形界面GUI系统管理接口固件2021-10-123实时操作系统设计原则 采用各种算法和策略，始终保证系统行为的可预测性。即在任何情况下，在系统运行的任何时刻，操作系统的资源配置策略都能为争夺资源（包括CPU、内存、网络带宽等）的多个实时任务合理地分配资源，使每个实时任务的实时性要求都能

2、得到满足。2021-10-124实时操作系统内核分类 不可剥夺型内核 可剥夺型内核2021-10-125不可剥夺型内核中断响应示意 2021-10-126可剥夺型内核中断响应示意 2021-10-127常见实时操作系统 Vxworks操作系统 WinCE操作系统 Symbian操作系统 RT-Linux操作系统 C/OS操作系统 第一章C/OS-II与嵌入式实时操作系统 实时操作系统概述实时操作系统概述 C/OS-II内核源代码文档结构内核源代码文档结构 C/OS-II基本概念基本概念 2021-10-129第一章C/OS-II与嵌入式实时操作系统 实时操作系统概述实时操作系统概述 C/OS-

3、II内核源代码文档结构内核源代码文档结构 C/OS-II基本概念基本概念 2021-10-1211嵌入式应用程序开发模式 单片机系统的前后台程序 基于任务（进程）的软件设计方法 2021-10-1212简单单片机系统软件设计方法 2021-10-1213C/OS-II基于任务（进程）的软件设计方法 void Task_one(void *pdata)/任务1代码void Task_two(void *pdata) /任务2代码void Task_three(void *pdata) /任务3代码void main(void)/入口OSInit();/初始化系统OsTaskCreate(task

4、_one,.);/创建任务1OsTaskCreate(task_one,.); /创建任务2OsTaskCreate(task_one,.); /创建任务3.OSStart();/启动系统，此时操作系统控制整个软件的运行2021-10-1214可重入函数与不可重入函数 可重入函数是指函数代码在运行过程中被中断，在中断返回时仍然能够恢复到原来的状态，并能准备无误的执行的函数. 不可重入函数则在运行过程中不可以被中断。 int i=10;int program_one(void)int j;if(i=10)i=20;elsei=0;return 1;2021-10-1215习题 （1）实时操作系统

5、所遵循的设计原则是什么？实时操作系统与通用操作系统之间的主要区别是什么？常见的实时操作系统有哪些，主要应用到哪些领域？（2）根据内核是否可以被抢占，实时操作系统分为哪两类，主要区别是什么？（3）基于操作系统的应用程序开发与前后台程序开发有什么区别，各有什么特点？（4）什么是临界状态，什么是可重入函数和不可重入函数？（5）临界状态处理的办法有哪些，为什么在操作系统中使用了大量的临界状态？试分析应用于ARM处理器的C/OS-II系统中临界状态的处理办法。 第2章C/OS-II任务管理 多任务管理多任务管理 案例案例C/OS-II任务基本属性任务基本属性 C/OS-II任务管理函数源码分析任务管理函

6、数源码分析 2021-10-1217多任务示例运行结果 this is App_three, prio=30,Delay 2 second and start againthis is App_two, prio=20,Delay 4 second and start againthis is App_three, prio=30,Delay 2 second and start againthis is App_three, prio=30,Delay 2 second and start againthis is App_one, prio=10,Delay 6 second and st

7、art againthis is App_two, prio=20,Delay 4 second and start againthis is App_three, prio=30,Delay 2 second and start againthis is App_three, prio=30,Delay 2 second and start again2021-10-1218源代码 #include #define TASK_STK_SIZE 128OS_STK AppStk_oneTASK_STK_SIZE; /任务one的堆栈OS_STK AppStk_twoTASK_STK_SIZE;

8、 /任务two的堆栈OS_STK AppStk_threeTASK_STK_SIZE; /任务three的堆栈static void App_one(void *p_arg); /任务one代码static void App_two(void *p_arg); /任务two代码static void App_three(void *p_arg); /任务three代码void main(int argc, char *argv) OSInit(); /初始化系统/依次创建三个任务OSTaskCreate(App_one,NULL,(OS_STK *)&AppStk_oneTASK_STK_SI

9、ZE-1,(INT8U)10);OSTaskCreate(App_two,NULL,(OS_STK *)&AppStk_twoTASK_STK_SIZE-1,(INT8U)20);OSTaskCreate(App_three,NULL,(OS_STK *)&AppStk_threeTASK_STK_SIZE-1,(INT8U)30); OSStart(); 启动多任务，将CPU控制权交给系统2021-10-1219任务代码void App_one(void *p_arg)/任务one代码内容p_arg = p_arg;/无作用，仅防止编译错误 while (TRUE) OS_Printf(th

10、is is App_one, prio=10,Delay 6 second and start againnn); /输出提示信息 OSTimeDlyHMSM(0, 0, 6, 0); /等待6秒，将在第4章介绍 第2章C/OS-II任务管理 多任务管理多任务管理 案例案例C/OS-II任务基本属性任务基本属性 C/OS-II任务管理函数源码分析任务管理函数源码分析 2021-10-1221C语言可执行代码结构 2021-10-1222C/OS-II任务结构 2021-10-1223C/OS-II任务栈 栈在创建任务时使用OSTaskCreate()函数声明如下：INT8U OSTaskCre

11、ate (void (*task)(void *p_arg), void *p_arg, OS_STK *ptos, INT8U prio)C/OS-II将任务栈空间的数据类型重新定义为OS_STK，实际上就是短整型，定义如下：/come from os_cpu.htypedef unsigned short OS_STK; /栈空间每个单元的数据类型为16位的在创建任务时需要显式的声明一段全局空间做为该任务的栈，申请一个栈空间的示例代码如下：#define TASK_STK_SIZE 128/此大小可重新定义，根据需要定义OS_STK AppStartTaskStkTASK_STK_SIZE

12、; /全局变量2021-10-1224栈增长方向 2021-10-1225C/OS-II任务控制块 TCB（Task Control Block）用来存储一个任务的当前属性。任务的主要属性包括： 任务栈空间位置，即前节所述该任务的栈空间。 任务与其它任务通信的数据空间，在C/OS-II中称为事件，见第5，6，7章说明； 任务的当前状态，标识当前任务是在运行还是在等待某个事件发生； 任务的优先级，任务的标识，全系统唯一，此值是任务调度的依据 。2021-10-1226C/OS-II任务控制块 C/OS-II采用双向链表来管理所有任务的TCB come from ucos_ii.htypedef

13、struct os_tcb OS_STK *OSTCBStkPtr; /指向该任务的栈顶指针，前节介绍#if OS_TASK_CREATE_EXT_EN 0/如果是用OSTaskCreateExt()创建的任务有以下参数 void *OSTCBExtPtr; /指向用户为该任务自定义的扩展TCB，这不是必须的 OS_STK *OSTCBStkBottom; 指向栈底指针 INT32U OSTCBStkSize; /栈的大小，单元个数 INT16U OSTCBOpt; /栈初始化时的选项，见初始化控制块函数说明 INT16U OSTCBId; /任务ID(0.65535)，暂时没有使用#endi

14、f struct os_tcb *OSTCBNext; /指向双向TCB链表中的下一个TCB struct os_tcb *OSTCBPrev; /指向双向TCB链表中的前一个TCB2021-10-1227任务控制块初始化时示意图 2021-10-1228任务控制块经过任务添加和删除后示意图 2021-10-1229C/OS-II任务优先级 C/OS-II操作系统进行任务调度所采用的算法是基于优先级的调度算法（调度算法：选择哪一个处于就绪状态的任务运行的策略）。任何一个任务有唯一的一个任务优先级值，其类型为INT8U（unsigned char类型），定义如下：INT8U OSTCBPrio;

15、 /优先级值，如果为0表示优先级最高typedef unsigned char INT8U; / INT8U类型就是unsigned char 在C/OS-II操作系统中，优先级值越大，优先级越低，因此，优先级值为0的任务优先级最高。因为优先级类型为unsigned char（范围为0255），因此，定义C/OS-II操作系统优先级值最大为255，也就是说，最多允许创建256个任务（一个任务有唯一的优先级）。在目前的C/OS-II版本中，仅允许创建64个任务，最低优先级值为63 2021-10-1230C/OS-II任务状态 /come from ucos_ii.h#define OS_STA

16、T_RDY 0 x00u /准备就绪#define OS_STAT_SEM 0 x01u /信号量阻塞#define OS_STAT_MBOX 0 x02u /消息邮箱阻塞#define OS_STAT_Q 0 x04u /消息队列阻塞#define OS_STAT_SUSPEND 0 x08u /挂起，暂停运行#define OS_STAT_MUTEX 0 x10u /互斥事件阻塞#define OS_STAT_FLAG 0 x20u /事件标识阻塞#define OS_STAT_PEND_ANY (OS_STAT_SEM | OS_STAT_MBOX | OS_STAT_Q | OS_ST

17、AT_MUTEX | OS_STAT_FLAG)/任意一个事件阻塞2021-10-1231任务状态切换2021-10-1232系统任务 空闲任务在没有其它任务运行时运行，其优先级最低（如果最多允许创建64个任务，则其值为63），此函数没有任务参数的返回值，仅对全局变量空闲计数器OSIdleCtr进行自加操作。 统计任务优先级为OS_IDLE_PRIO-1，用来统计CPU的利用率，统计任务中执行的函数为OS_TaskStat() 。第2章C/OS-II任务管理 多任务管理多任务管理 案例案例C/OS-II任务基本属性任务基本属性 C/OS-II任务管理函数源码分析任务管理函数源码分析 2021-

18、10-1234函数名函数功能OSTaskCreate创建任务OSTaskCreateext扩展创建任务OSTaskDel删除任务OSTaskDelReq请求删除自己OSTaskNameGet获取任务名称OSTaskNameSet设置任务名称OSTaskSuspend()挂起任务OSTaskResume恢复挂起任务OSTaskStkChk任务堆栈检查OS_TaskStkClr清理任务堆栈OSTaskQuery查询任务状态2021-10-1235习题 （1）一段C可执行代码在存储态和运行态时分别分为哪几个段，各段存储哪些信息？试列出堆和栈的区别？（2）在C/OS-II操作系统中，一个任务包含哪些基

19、本信息？各部分是怎么管理的？（3）在C/OS-II操作系统中，任务栈的数据类型和基本功能是什么？（4）试分析任务控制块结构体中各成员变量的基本意义？（6）C/OS-II操作系统对任务控制块采用怎么样的管理方式？如何快速的查找到某个优先级值的任务控制块？（7）C/OS-II操作系统中任务有哪些状态，其中，阻塞状态亦分为哪几种，试分析各状态下任务的基本情况。（8）C/OS-II操作系统的系统任务有哪些？C/OS-II操作系统是如何获取当前CPU的利用率的？（9）试分析任务管理函数：创建、删除、等待、恢复、设置属性的源代码及基本算法。第3章C/OS-II操作系统任务调度C/OS-II任务级任务调度机

20、制任务级任务调度机制 C/OS-II任务级任务调度任务级任务调度 C/OS-II中断级任务调度中断级任务调度 2021-10-1237C/OS-II调度算法和调度方式 优先级调度算法原理为：给每一个任务分配一个惟一优先级，各优先级用一个整形数值标识，某优先级的值越大，其优先级越低；某优先级的值越小，其优先级越高。也就是说，如果当前操作系统准备进行调度，当有两个任务处于就绪状态， 系统将优先执行优先级别高的任务。 C/OS-II操作系统有两种调度方式：任务级任务调度和中断级任务调度，C/OS-II操作系统在完成中断后允许进行新的调度，因此，C/OS-II操作系统是可抢占性的，是强实时性操作系统，

21、这是C/OS-II操作系统内核的重要特性。2021-10-1238C/OS-II任务就绪表 2021-10-1239优先级二进制码分配 2021-10-1240更新就绪表时采用如下方法： 对OSRdyGrp和 OSRdyTblptcb-OSTCBY的修改算法如下：ptcb-OSTCBY = (INT8U)(prio 3); /得到优先级值前3位（二进制），行ptcb-OSTCBBitY = 1 OSTCBY;/得到影响就绪表的行号ptcb-OSTCBX = (INT8U)(prio & 0 x07); /得到优先级值低3位（二进制），列ptcb-OSTCBBitX = 1 OSTCBX; /得

22、到影响就绪表的列号OSRdyTblptcb-OSTCBY |= ptcb-OSTCBBitX;/将就绪表对应位置OSRdyGrp |= ptcb-OSTCBBitY; /将OSRdyGrp对应的位置位y = ptcb-OSTCBY;/得优先级的高3位，即修改OSRdyTbl的哪一行 OSRdyTbly &= ptcb-OSTCBBitX;/清除OSRdyTbly对应行的对应位 if (OSRdyTbly = 0) /如果整行没有事件处于就绪 OSRdyGrp &= ptcb-OSTCBBitY;/清除变量OSRdyGrp对应位删除任务时，使用如下算法清除任务就绪表和OSRdyGrp相应位。20

23、21-10-1241如果一个优先级为44（二进制码为101 100）的任务处于就绪状态 ptcb-OSTCBY = (INT8U)(prio 3)=(5)d ptcb-OSTCBBitY = 1 OSTCBY=(00100000)B ptcb-OSTCBX = (INT8U)(prio & 0 x07) =(4)d ptcb-OSTCBBitX = 1 OSTCBX=(00010000)B将该任务添加到就绪表中 OSRdyTblptcb-OSTCBY |= ptcb-OSTCBBitX; OSRdyGrp |= ptcb-OSTCBBitY; 即OSRdyTbl5 = OSRdyTbl5|(0

24、0010000)B/将OSRdyTbl5的Bit4位置位，标识优先级44任务就绪 OSRdyGrp = OSRdyGrp |(00100000)B /将OSRdyGrp的Bit5位置位，标识OSRdyTbl5组有一个及以上任务就绪2021-10-1242要清除优先级为30（011 110） ptcb-OSTCBY(3)d ptcb-OSTCBBitY = 1 OSTCBBitX=(01000000)B ptcb-OSTCBX = (6)d故 y = 3 OSRdyTbl3 = OSRdyTbl3&10111111/清除OSRdyTbl3的Bit6位if (OSRdyTbl3 = 0) /如果O

25、SRdyTbl30，即所有位为0 OSRdyGrp &= OSRdyGrp &1111 0111; /清除OSRdyGrp的Bit32021-10-1243获取最高优先级就绪任务 OS_EXT INT8U OSPrioCur; /当前任务优先级OS_EXT INT8U OSPrioHighRdy; /准备就绪任务中的最高优先级INT8U const OSUnMapTbl256 = 0, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x00 to 0 x0F */ 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2,

26、0, 1, 0, /* 0 x10 to 0 x1F */ 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x20 to 0 x2F*/ 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x30 to 0 x3F*/ 6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x40 to 0 x4F */ 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x50 to 0 x5F

27、*/ 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x60 to 0 x6F*/ 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x70 to 0 x7F*/ 7, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x80 to 0 x8F*/ 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 x90 to 0 x9F*/ 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3

28、, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 xA0 to 0 xAF*/ 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 xB0 to 0 xBF*/ 6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 xC0 to 0 xCF*/ 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0 xD0 to 0 xDF*/ 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0

29、xE0 to 0 xEF*/ 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0 /* 0 xF0 to 0 xFF*/;2021-10-1244OSUnMapTbl表构造方法如下：表中第n+1个成员OSUnMapTbln的值：从Bit0位开始，搜索值为n的二进制码中第1次出现1的位数。例如：OSUnMapTbl1 0 (1)d =(0000 0001)b，第0位有1，故值为0OSUnMapTbl202 (20)d =(0001 0100)b，第2位有1，故值为2OSUnMapTbl901 (90)d =(0101 1010)b，第1位有1，故值为1试

30、想如果当前只有优先级1，9，23三个任务处于就绪状态， OSRdyGrp的值应该为（0000 0111）B，OSRdyTbl0=(XXXX XX10)B，因此通过该算法： y = OSUnMapTbl OSRdyGrp=OSUnMapTbl70OSUnMapTblOSRdyTbl0)OSUnMapTbl21 OSPrioHighRdy = (INT8U)(0 = 204 OSInitHookBegin(); /调用特殊初始化代码，根据不同的处理器有不同的代码#endif OS_InitMisc(); /初始化部分全局变量，见后结小节此函数说明 OS_InitRdyList(); 初始化任务就绪

31、表，见后续小节说明 OS_InitTCBList(); /见第2章，初始化空闲TCB链表 OS_InitEventList(); /初始化事件控制块链表，见后续事件管理章节#if (OS_VERSION = 251) & (OS_FLAG_EN 0) & (OS_MAX_FLAGS 0)/如果在这些条件下 OS_FlagInit(); /初始化事件组标志结构，见事件组标识管理章节#endif#if (OS_MEM_EN 0) & (OS_MAX_MEM_PART 0) OS_MemInit(); /初始化内存管理，见内存管理章节#endif2021-10-1259#if (OS_Q_EN 0)

32、 & (OS_MAX_QS 0) OS_QInit(); /初始化消息队列，见消息队列章节#endif OS_InitTaskIdle(); /创建空闲任务#if OS_TASK_STAT_EN 0/如果允许使用统计任务 OS_InitTaskStat(); /创建统计任务#endif#if OS_VERSION = 204 OSInitHookEnd(); /调用特殊初始化代码，不同的处理器有不同的代码#endif#if OS_VERSION = 270 & OS_DEBUG_EN 0 OSDebugInit();/ #endif2021-10-1260全局变量 初始化变量说明初始化值OST

33、ime32位系统时钟变量，标识系统运行时间0OSIntNesting 中断嵌套次数0OSLockNesting调度器嵌套上锁次数0OSTaskCtr任务计数器，标识系统创建了多少个任务0OSRunning标识系统内核是否运行，为TURE标识正在运行FALSEOSCtxSwCtr系统上下文切换次数0OSIdleCtr空闲时间计数器0OSIdleCtrRun1秒前空闲任务计数器值0OSIdleCtrMax1秒内空闲任务计数器可达的最大值0OSStatRdy统计任务标识，即是否执行统计任务FALSE2021-10-1261运行最高优先级任务 OSStartHighRdy()函数用来运行最高优先级任务

34、，由于涉及到寄存器，因此，此函数多用汇编语言来实现，以下列出ARM7/9处理器下此函数的汇编实现。此函数基本过程如下： （1）设置当前任务TCB指针OSTCBCur为就绪表中最高优先级任务的TCB（OSTCBHighRdy）； （2）从该任务的任务栈中读取SPSR寄存器的值修改当前的CPSR寄存器，从任务栈中读取R0-R12能用寄存器的值、LR寄存器的值； （3）从该任务的入口开始执行。第4章C/OS-II系统启动与时钟任务C/OS-II系统启动过程系统启动过程 时钟任务与时钟管理时钟任务与时钟管理 2021-10-1263时钟概念任何实时系统的时钟硬件设备每隔一段时间（即一个系统tick）产

35、生的一个硬件中断，操作系统接收到该硬件中断后，更新时间计数器，更新所有对时钟依赖的程序代码，从而维持系统有序而稳定的运行。C/OS-II定义了宏OS_TICKS_PER_SEC来标识来当前系统时钟中断产生的时间间隔，如果该值定义为100，即标识0.01秒产生一个时钟中断。#define OS_TICKS_PER_SEC 100 /* Set the number of ticks in one second */另外，系统定义了全局时钟变量来记录系统运行的时间值，该变量定义如下：OSTime为32位系统时钟变量，标识系统运行时间：OS_EXT volatile INT32U OSTime; /

36、* Current value of system time (in ticks) */2021-10-1264创建系统时钟任务 （1）在系统启动前，创建系统时钟任务，使其处于最高优先级执行，因为时钟任务比所有任务更重要，其函数调用如下： （2）因时钟任务是因产生中断而执行，因此，其为中断服务子程序内容，在timer_Task()函数中安装时钟中断服务程序，定义如下 在安装时钟中断处理程序中启动系统时钟，即系统硬件时钟中断到来时就执行该中断服务程序，uHALr_InstallSystemTimer()函数定义如下：OSTaskCreate(timer_Task, 0); /此处略去其它参数，S

37、YS_Task为执行代码位置static void timer_Task(void *Id)uHALr_InstallSystemTimer();/安装时钟处理中断程序void uHALr_InstallSystemTimer(void)rTCON |=TCON_4_ONOFF; /此句的功能是启动时钟中断定时器SetISR_Interrupt(IRQ_TIMER4, TimerTickHandle, NULL); /安装中断处理程序/ IRQ_TIMER4为中断向量，TimerTickHandle为处理函数2021-10-1265习题 （1）C/OS-II操作系统启动时将执行哪些信息的初始化

38、？ （2）C/OS-II操作系统在初始化时创建了空闲任务和统计任务，这两个任务是必须的吗，两者的优先级怎么设置，为什么？ （3）是否可以在C/OS-II操作系统启动前创建任务？ （4）为什么说时钟任务是C/OS-II操作系统中最为重要的任务，试分析创建时钟任务的过程。 （5）C/OS-II操作系统时钟管理函数OSTimeDly()可以设置任意时间延迟吗？为什么？第5章 C/OS-II任务间通信机制 COS-II事件管理机制事件管理机制 单消息传递事件：消息邮箱单消息传递事件：消息邮箱 多消息传递事件：消息队列多消息传递事件：消息队列 2021-10-1267事件控制块示意图 2021-10-1

39、268事件控制块 #if OS_EVENT_EN & (OS_MAX_EVENTS 0)typedef struct os_event INT8U OSEventType/（1）事件的类型 void *OSEventPtr; /（2）指向邮箱或消息队列的指针，如果是同步机制，不使用 INT16U OSEventCnt; /（3）信号量计数器，如果是其它事件，不使用此参数#if OS_LOWEST_PRIO 1/如果允许设置事件名称 INT8U OSEventNameOS_EVENT_NAME_SIZE;/事件名称#endif OS_EVENT;#endif2021-10-1269事件类型 #d

40、efine OS_EVENT_TYPE_UNUSED 0u/未使用任何事件#define OS_EVENT_TYPE_MBOX 1u/消息邮箱#define OS_EVENT_TYPE_Q 2u/消息队列#define OS_EVENT_TYPE_SEM 3u/信号量#define OS_EVENT_TYPE_MUTEX 4u/互斥锁#define OS_EVENT_TYPE_FLAG 5u/事件组标志（第5章介绍）第5章 C/OS-II任务间通信机制 COS-II事件管理机制事件管理机制 单消息传递事件：消息邮箱单消息传递事件：消息邮箱 多消息传递事件：消息队列多消息传递事件：消息队列 20

41、21-10-1271消息邮箱基本原理 2021-10-1272消息邮箱创建OS_EVENT *OSMboxCreate (void *msg)事件的创建是由具体的事件管理程序来实现的，例如，创建一个消息邮箱事件由消息邮箱创建函数OSMboxCreate()来实现，创建消息队列事件则由消息队列创建函数来实现。创始消息邮箱函数声明如下：2021-10-1273从消息邮箱中读取消息的方式 （1）非阻塞式读取是指无论消息邮箱中是否有数据，读取操作也不阻塞，直接返回，显然，如果有数据，将读取出来，如果没有数据，将读取为NULL。 （2）阻塞式读取是指在消息邮箱中有数据时，直接读取出来；如果没有数据，则使

42、当前任务进入等待状态，系统执行调度程序执行新的任务，当下一次消息到来时将激活等待表中的最高优先级任务，从而使该任务进入就绪状态。为了避免任务一直处于等待状态（所等待的资源一直未分配），可以设置一个等待的时间范围，当超过该延迟时，则直接返回。2021-10-1274阻塞式方式从某消息邮箱中获取数据 void *OSMboxPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err)非阻塞接收消息 void *OSMboxAccept (OS_EVENT *pevent)2021-10-1275按指定方式发送数据到消息邮箱INT8U OSMboxPost

43、(OS_EVENT *pevent, void *msg) 发送消息到消息邮箱 INT8U OSMboxPostOpt (OS_EVENT *pevent, void *msg, INT8U opt)删除消息邮箱OS_EVENT *OSMboxDel (OS_EVENT *pevent, INT8U opt, INT8U *err)第5章 C/OS-II任务间通信机制 COS-II事件管理机制事件管理机制 单消息传递事件：消息邮箱单消息传递事件：消息邮箱 多消息传递事件：消息队列多消息传递事件：消息队列 2021-10-1277消息队列事件示意图 2021-10-1278队列控制块数据类型 t

44、ypedef struct os_q /消息队列控制块 struct os_q *OSQPtr; /用于构建空闲消息队列控制块链表，指向下一个消息队列控制块 void *OSQStart; /指向消息队列指针数组的起始位置 void *OSQEnd; /指向消息队列指针数组的结束位置 void *OSQIn; /指向消息队列指针数组中下一个可以插入消息的位置 void *OSQOut; /指向消息队列指针数组中下一个读出消息的位置 INT16U OSQSize;/指针数组的大小 INT16U OSQEntries;/当前可以读取的消息个数 OS_Q;2021-10-1279习题 （1）什么是事

45、件？在COS-II中，有哪些类型的事件，哪些是任务间通信的机制，哪些是任务间同步机制？ （2）试分析事件控制块结构体成员变量意义？事件的任务等待表如何标识某个任务等待它，将某个任务添加到等待表的算法是什么，从等待表中删除某个任务的算法是什么，查找等待表中等待的最高优先级任务是什么？ （3）消息邮箱主要原理是什么？试总结消息邮箱管理函数功能、参数及返回值，并分析其源代码。 （4）消息队列主要原理是什么？试总结消息队列管理函数功能、参数及返回值，并分析其源代码。 第6章 COS-II任务间单事件同步任务同步机制：信号量任务同步机制：信号量 互斥事件管理机制：互斥锁互斥事件管理机制：互斥锁 2021

46、-10-1281信号量基本原理 信号量主要用来实现任务间同步，标识某类资源可用个数，或者说，对于某个特定资源，可以供多少个任务同时使用。 例如，可以使用信号量来标识一个缓冲区可用空间大小（假定缓冲区大小为256个单元，每次读写一个单元），在没有使用之前，该缓冲区没有任何内容，可用资源为256，即可以初始化信号量为256，每向缓冲区写入一个单元就将信号量的值自动减1，当信号量的值为0时即表示缓冲区满，资源暂不可用；每从缓冲区中读出一个单元，将信号量的值自动加1，如果信号量的值为256，则表示缓冲区中没有内容，不可读。2021-10-1282信号量事件控制块示意图 2021-10-1283信号量管

47、理OSSemCreate()用来创建信号量 OS_EVENT *OSSemCreate (INT16U cnt)阻塞方式获取信号量 void OSSemPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err)非阻塞方式获取信号量 INT16U OSSemAccept (OS_EVENT *pevent)2021-10-1284信号量管理释放信号量 INT8U OSSemPost (OS_EVENT *pevent)删除信号量 OS_EVENT *OSSemDel (OS_EVENT *pevent, INT8U opt, INT8U *err)查询

48、信号量信息 INT8U OSSemQuery (OS_EVENT *pevent, OS_SEM_DATA *p_sem_data)2021-10-1285信号量实现生产-消费问题应用实例 生产消费问题是一个经典的数学问题，要求生产者消费者在固定的仓库空间条件下，生产者每生产一个产品将占用一个仓库空间，生产者生产的产品库存不能越过仓库的存储量，消费者每消费一个产品将增加一个仓库空间，消费者在仓库产品为0时不能再消费。2021-10-1286信号量应用对于生产者来说，其需要申请的资源为仓库中的剩余空间，因此，生产者在生产一个产品前，申请sem_produce信号量，当此信号量的值大于0，即有可用

49、空间，将生产产品，并将sem_produce的值减去1（因为占用了一个空间）；同时，当其生产一个产品后，当前仓库的产品数量增加1，需要将sem_custom信号量自动加1。对于消费者来说，其需要申请的资源为仓库中的产品，因此，消费者在消费一个产品前，将申请sem_custom信号量，当此信号量的值大于0时，即有可用产品，将消费一个产品，并将sem_custom信号量的值减去（因为消费了一个产品），同时，当消费一个产品，当前仓库的剩余空间增加1，需要将sem_produce信号量自动加1。第6章 COS-II任务间单事件同步任务同步机制：信号量任务同步机制：信号量 互斥事件管理机制：互斥锁互斥事

50、件管理机制：互斥锁 2021-10-1288互斥锁与优先级反转 2021-10-1289其基本流程如下：C任务首先被创建，并申请一个互斥锁事件，开始执行；某外部中断使任务A就绪，因A的优先级高于C，因此暂停C转而执行A；A在执行过程中需要申请互斥锁，但因互斥锁被C占用，A只能暂停转而再次执行C；C在继续执行过程中，因外部中断使任务B就绪，B因优先级高于C而得以抢占CPU，B不需要互斥锁资源；B执行完成后转而继续执行C，直到C执行完成后，才继续执行A。由以上可以看出，A较B早就绪，A优先级高于B，但A较B后执行完成，相当于B的优先级高于，此即优先级反转现象。 2021-10-1290如何避免优先

51、级反转的问题 2021-10-1291流程如下（1）C任务首先被创建，并申请一个互斥锁事件，开始执行。（2）因某个中断服务程序致使任务A得以继续执行，A在执行过程中需要申请互斥锁，但因互斥锁被任务占用也不能获得。（3）在A试图抢占互斥锁资源时，由操作系统主动将该互斥锁的拥有者（任务C）的优先级暂时提到到高于所有欲申请该互斥的任务的优先级，即使C任务的优先级暂时高于A。（4）在A继续执行过程中，因某个中断服务程序致使任务B就绪，但因B的优先级低于C提升的优先级，从而无法抢占到CPU，任务C得以继续执行；（5）任务C执行完成，A获取该互斥锁，因A的优先级高于B，故A得以继续执行直到执行完成。（6）

52、任务B得以继续执行。2021-10-1292需要说明的问题 由以上可以看出，低优先级的任务B较高优先级的任务先执行完成。另外，在占有某个互斥锁事件时，任何任务都不能阻塞的等待其它任何事件，否则会造成死锁， 例如任务A和任务B分别申请到一个互斥锁，而还将申请对方占有的互斥锁，但两者都不释放自己占有的互斥锁，从而造成死锁。2021-10-1293互斥锁事件控制块 2021-10-1294互斥锁管理 创建互斥锁对象 OS_EVENT *OSMutexCreate (INT8U prio, INT8U *err)阻塞式获取互斥锁 void OSMutexPend (OS_EVENT *pevent,

53、INT16U timeout, INT8U *err)非阻塞式获取互斥锁 INT8U OSMutexAccept (OS_EVENT *pevent, INT8U *err)2021-10-1295互斥锁管理释放互斥锁 INT8U OSMutexPost (OS_EVENT *pevent)删除互斥锁 OS_EVENT *OSMutexDel (OS_EVENT *pevent, INT8U opt, INT8U *err)获取互斥锁基本信息 INT8U OSMutexQuery (OS_EVENT *pevent, OS_MUTEX_DATA *p_mutex_data)2021-10-12

54、96习题 （1）信号量主要原理是什么？试总结信号量管理函数功能、参数及返回值，并分析其源代码。 （2）试解释信号量在生产消费问题中的应用过程。 （3）互斥锁主要原理是什么？试总结互斥锁管理函数功能、参数及返回值，并分析其源代码。 （4）什么是优先级反转，COS-II采用什么办法避免优先级反转问题？第7章 C/OS-II多事件同步机制 事件组标志同步机制基本原理事件组标志同步机制基本原理 事件组标志基本操作事件组标志基本操作 2021-10-1298事件组标志管理示意图 2021-10-1299事件组标志控制块结构体os_flag_grp typedef struct os_flag_grp /

55、事件组标志结构体 INT8U OSFlagType; /事件类型，使用时需设置为OS_EVENT_TYPE_FLAG void *OSFlagWaitList; /指向等待的任务链表 OS_FLAGS OSFlagFlags; /8, 16 or 32 bit flags，信号列表#if OS_FLAG_NAME_SIZE 1 INT8U OSFlagNameOS_FLAG_NAME_SIZE;/信号名称#endif OS_FLAG_GRP;2021-10-12100等待任务链表中结点 typedef struct os_flag_node /事件标志等待链表结点 void *OSFlagNo

56、deNext; /指向下一个等待结点 void *OSFlagNodePrev; /指向前一个等待结点 void *OSFlagNodeTCB; /指向此等待任务的任务控制块 void *OSFlagNodeFlagGrp; /指向此任务其所等待的事件组标志 OS_FLAGS OSFlagNodeFlags; /等待的事件（标识等待此标志组中哪些事件） INT8U OSFlagNodeWaitType;/等待方式（与，或，任意，所有） OS_FLAG_NODE;2021-10-12101事件组标志控制块空闲链表 第7章 C/OS-II多事件同步机制 事件组标志同步机制基本原理事件组标志同步机制

57、基本原理 事件组标志基本操作事件组标志基本操作 2021-10-12103创建事件组标志 基本流程如下： （1）参数检查。检查是否分配错误标志存储空间。 （2）条件检查。检查是否在中断服务程序中执行此程序。 （3）从空闲事件组标志控制块链表中申请一个控制块节点，如果申请失败，将返回OS_FLAG_GRP_DEPLETED错误；否则初始化申请的控制块节点成员变量。OS_FLAG_GRP *OSFlagCreate (OS_FLAGS flags, INT8U *err)2021-10-12104阻塞式等待事件组标志 基本流程如下：（1）参数检查。检查是否为错误标志分配空间，是否指定了等待的事件组

58、标志。（2）条件检查。检查是否在中断服务程序中执行此函数，事件类型是否为事件组标志（OS_EVENT_TYPE_FLAG）。（3）使用局部变量consume标识是否需要在当前任务等待的状态满足后，将对应的等待位位取反，即是否为宏OS_FLAG_CONSUME，如果需要，则置consume为TRUE，否则为FALSE。（4）根据等待方式选择不同的处理办法如果满足，根据consume的值选择是否需要将等待的各位（即pgrp-OSFlagFlags &= flags_rdy）；如果不满足，则调用函数OS_FlagBlock()阻塞当前进程，引发新的调度，关于函数OS_FlagBlock()功能详细说

59、明见后。OS_FLAGS OSFlagPend (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAGS flags, INT8U wait_type, INT16U timeout, INT8U *err)2021-10-12105非阻塞式等待事件组标志 基本流程如下：（1）参数检查。检查是否为错误标志分配空间，是否指定了等待的事件组标志。（2）条件检查。检查是否在中断服务程序中执行此函数，事件类型是否为事件组标志（OS_EVENT_TYPE_FLAG）。（3）使用局部变量consume标识是否需要在当前任务等待的状态满足后，将对应的等待位位取反，即是否为宏OS_FLAG_CONSUME，如

60、果需要，则置consume为TRUE，否则为FALSE。（4）根据等待方式选择不同的处理办法，如果满足，根据consume的值选择是否需要将等待的各位（即pgrp-OSFlagFlags &= flags_rdy）；如果不满足直接退出，返回OS_FLAG_ERR_NOT_RDY错误。OS_FLAGS OSFlagAccept (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAGS flags, INT8U wait_type, INT8U *err)2021-10-12106修改事件组标志状态 流程如下：（1）参数检查。检查是否为错误标志分配空间，是否指定了等待的事件组标志。（2）条件检查。